Анотація до роботи:

Синицька Г.М. Технологія розділення алмазографітової суміші у виробництві синтетичних алмазів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01 – технологія неорганічних речовин. – Національний технічний університет
«Харківський політехнічних інститут», Харків, 2008.

Дисертація присвячена розробці технології розділення алмазографітової суміші у виробництві синтетичних алмазів.

У роботі виконано термодинамічні розрахунки взаємодії компонентів алмазографітової суміші зі сполуками ванадію та молібдену в присутності кисню. Розглянуто вплив добавок на термічне окиснення графіту та синтетичних алмазів та обрано V₂O₅ як найбільш ефективний каталізатор окиснення графіту.

Проведено дослідження впливу технологічних параметрів на процес окиснення алмазографітової суміші: температури, концентрації добавки, висоти шару суміші, лінійної швидкості повітря та тривалості процесу. Запропоновано математичну модель процесу
окиснення графіту та синтетичних алмазів і з’ясовано механізми, що відбуваються в алмазографітовій суміші без добавки та з V₂O₅.

Запропоновано реактор окиснювального випалу, що дозволяє здійснювати розділення алмазографітової суміші з оптимальними витратами реактивів, повітря та енергоресурсів. Показано, що вилучення сполук ванадію з алмазографітової суміші та їх повернення в технологічний цикл можливо проводити як розчином аміаку, так і розчином H₂SO₄ з Н₂О₂. Розроблено нову принципову технологічну схему для збагачення алмазографітової суміші виробництва синтетичних алмазів та розраховано техніко-економічні показники.

Дослідження за дисертаційною роботою дозволили вирішити науково-практичну задачу обґрунтованого створення технології розділення алмазографітової суміші, застосування якої у виробництві синтетичних алмазів призведе до підвищення ступеню розділення алмазографітової суміші, зниженню тривалості виробничого циклу та втрат синтетичних алмазів, суттєвого зменшення забруднення навколишнього середовища рідкими й токсичними відходами в порівнянні з діючими виробництвами.

1. На підставі розроблених фізико-хімічних основ взаємодії графіту та алмазу з киснем повітря в присутності сполук перехідних металів та встановлених механізмів їх каталітичної дії розроблено технологію розділення алмазографітової суміші газофазним окисненням графіту в присутності каталізатору.

2. Проведено аналіз сучасного стану методів розділення алмазографітової суміші та визначено, що газофазне окиснення графіту за умови використання каталізатору є найбільш ефективним, екологічночистим та економічним.

3. На підставі техніко-економічного аналізу обґрунтована принципова можливість застосування МоО₃, V₂O₅, NiО, MnO₂, WO₃, Cu₂O та TiO₂ як каталізаторів у процесі окиснення графіту, що присутній в алмазографітовій суміші. За допомогою вдосконаленого методу обробки даних термічного аналізу визначено, що найбільш ефективними добавками, які підвищують інтенсивність окиснення графіту, є V₂O₅ і МоО₃. Установлено, що V₂O₅ не тільки каталізує окиснення графіту, а й уповільнює окиснення синтетичних алмазів і дозволяє
   зменшити втрати алмазів.

4. Проведено термодинамічний аналіз взаємодії компонентів алмазографітової суміші з оксидами ванадію та молібдену в присутності кисню повітря. Запропоновано розділити алмазографітову суміш на шари, які відрізняються один від одного різними значеннями парціального тиску СО, СО₂ і О₂. Установлено, що внесення V₂O₅ та МоО₃ не змінює запропонованого розділення алмазографітової суміші на шари, але міняє можливі схеми взаємодії.
   Визначено, що схеми взаємодії алмазографітової суміші з МоО₃ і V₂O₅ змінюються в залежності від температури та парціального тиску СО, СО₂ і О₂ в реакційному газі. З'ясовано, що в алмазографітовій суміші з МоО₃ карбіди молібдену можуть утворюватись при всіх параметрах, що досліджувались, а в середньому шарі алмазографітової суміші з V₂O₅ при температурі менше 973 К карбіди ванадію не утворюються, крім того при температурі менше 873 К у взаємодіях приймає участь тільки V₂O₅, а при температурі більше 873 К – V₂O₅ і V₂O_3.

5. Досліджено кінетику окиснення алмазографітової суміші з додаванням V₂O₅ і МоО₃ та без добавки. Установлено, що процес окиснення відбувається в два етапи, та показано, що V₂O₅ каталізує окиснення графіту та інгібує окиснення синтетичних алмазів, а МоО₃ прискорює окиснення графіту та дрібних фракцій алмазів. За результатами досліджень запропоновано обрати V₂O₅ як каталізатор окиснення графіту алмазографітової суміші.

6. Установлено вплив кількості оксиду ванадію (V), висоти шару алмазографітової суміші та лінійної швидкості повітря на процес окиснення алмазографітової суміші. Визначено, що оптимальна масова концентрація V₂O₅ дорівнює 2 %, висота шару – 7 мм та лінійна швидкість – 0,02 м/с. З'ясовано вплив температури на процес окиснення алмазографітової суміші та визначено, що оптимальною є температура 853 – 973 К, крім того показано, що в шарі алмазографітової суміші можливе підвищення температури за рахунок екзотермічних реакцій.

7. За експериментальними даними створено математичну модель процесу окиснювального випалу, що дозволила розрахувати оптимальні параметри технологічного процесу окиснення алмазографітової суміші та запропонувати конструкцію реактору окиснення графіту, який засновано на променевому нагріванні шару, має автоматичне регулювання температури та послідовно-паралельний рух повітря. За результатами дослідно-промислових випробувань процесу окиснення алмазографітової суміші в реакторі обраної конструкції встановлено, що оптимальна висота шару алмазографітової суміші складає 6 – 8 мм, час проведення випалу 80 хв, оптимальна концентрація V₂O₅ дорівнює 2 % мас. Показано та експериментально підтверджено можливість повернення каталізатору газофазного окиснення графіту в технологічний цикл.

8. Результати наукових досліджень використано при виробництві синтетичних алмазів на ВАТ «Прецензійні абразиви» (м. Київ) та ПФ «СІТ» (м. Харків), упроваджено в учбовий процес при підготовці спеціалістів і магістрів за спеціальністю «Хімічна технологія неорганічних речовин» на кафедрі хімічної технології неорганічних речовин, каталізу та екології НТУ “ХПІ”.

Публікації автора:

1. Исследование процесса газофазного окисления графита и алмаза / Г.И Гринь., П. А. Козуб, А.М. Синицкая // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – 2003. – №11, т.1 – С. 49 – 52.

Здобувачем проведено порівняльний аналіз окиснення синтетичних алмазів, графіту та їх сумішей.

2. Удосконалення існуючої технології виробництва синтетичних алмазів / П.А. Козуб, Г.М. Синицька, Г.І. Гринь // Вісник Національного технічного університету «Харківський
   політехнічний інститут» – 2004. – №37. – С. 63 – 67.

Здобувачем проведено аналіз сучасної технології виробництва синтетичних алмазів та запропоновано спосіб усунення недоліків кількох технологічних стадій виробництва.

3. Исследование теплового режима газофазного окисления алмазно-графитовой смеси / П.А. Козуб, Г.И. Гринь, А. М. Синицкая // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2005. – № 1. – С. 45 – 51.

Здобувачем досліджено вплив технологічних параметрів на процес окиснення алмазографітової суміші.

4. Термодинамический анализ систем V – С – О и Мо – С – О / П.А. Козуб, Г.И. Гринь, А.М. Синицкая, Т.В. Федорченко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2006. – № 6. – С. 51 – 56.

Здобувачем проведено розрахунок термодинамічної імовірності взаємодії вуглецю з сполуками ванадію та молібдену в присутності кисню.

5. Изучение влияния соединений молибдена и ванадия на процесс термического окисления алмазографитовой шихты термогравиметрическим методом / П.А. Козуб, Г.И. Гринь, А.М. Синицкая, Л.В. Мухина // Вопросы химии и химической технологии. – 2007. – № 1. – С. 47 – 50.

Здобувачем досліджено механізм процесу окиснення алмазографітової суміші в присутності сполук ванадію та молібдену.

6. Пат. 66406 Україна, МПК С22В34/22, 3/06, C01G31/00 Спосіб вилучення оксиду ванадію з відпрацьованих каталізаторів / Козуб П.А., Федорченко Т.В., Гринь Г.І., Коробець О.В., Синицька Г.М.; замовник та патентовласник Козуб П.А. – № 2001096290; заявл. 12.09.2001; опубл. 17.05.2004, Бюл. № 5.

Здобувачем запропоновано методику розчинення оксиду ванадію (V), який присутній в твердому матеріалі, за допомогою розчинів сірчаної кислоти та пероксиду водню.

7. Пат. 76587 Україна, МПК C01 B 31/06 Спосіб збагачення алмазом його сумішей з графітом та аморфним вуглецем / Козуб П.А., Синицька Г.М., Гринь Г.І., Ковальчук О.А.
   замовник та патентовласник Приватна фірма «СІТ». – № 20040907324; заявл. 07.09.2004; опубл. 15.08.2006, Бюл. № 8.

Здобувачем запропоновано метод розділення алмазографітової суміші газофазним окисненням графіту з використанням каталізатору оксиду ванадію (V).

8. Козуб П.А., Гринь Г.И., Синицкая А.М., Федорченко Т.В., Коробец О.В.,
   Присяжний А.В. Изучение кинетики растворения соединений ванадия : зб. наук. праць міжнар. наук.-техн. конференції [«Сучасні проблеми хімічної технології неорганічних речовин»] / відп. за випуск В.Я. Кожухар. – Одеса, 2001. – С. 220.

Здобувачем запропоновано методику дослідження кінетики розчинення сполук ванадію та показано, що для вилучення сполук ванадію доцільно використовувати розчин сірчаної кислоти з пероксидом водню.

9. Семенов Е.А., Ковальчук О.А., Синицкая А.М., Гринь Г.И., Козуб П.А. Анализ основных причин загрязнения окружающей среды в производстве искусственных алмазов: сб. докладов междунар. науч.-методич. конференции [«Экология – образование, наука и
   промышленность»], (Белгород, 23 – 25 января 2002 г) / БелГТАСМ. – Белгород, 2002. –
   С. 211 – 212, ІІІ.

Здобувачем проведено дослідження джерел забруднення навколишнього середовища у виробництві синтетичних алмазів.

10. Синицкая А.М., Семенов Е.А., Олефиренко А.Ю., Козуб П.А., Гринь Г.И. Сравнительный анализ токсичности соединений тяжелых металлов и источников их возникновения: сб. докладов междунар. науч.-методич. конференции [«Экология – образование, наука и
    промышленность»], (Белгород, 23 – 25 января 2002 г) / БелГТАСМ. – Белгород, 2002. –
    С. 213 – 217, ІІІ.

Здобувачем проаналізовано основні стадії у виробництві синтетичних алмазів, де утворюються токсичні відходи, проведено оцінку їх екологічної небезпеки та запропоновано методи утилізації.

11. Гринь Г.И., Синицкая А.М., Козуб П.А., Ковальчук О.А. Изучение гетерогенного каталитического процесса окисления графита: материалы 5-я междунар. междисциплинарная науч.-практич. конференции [«Современные проблемы науки и образования»], (Алушта, 30 апреля – 10 мая 2004 г.) / Українська асоціація «Жінки в науці та освіті», Харківський
    національний університет імені В.Н. Каразіна – Алушта; Харків, 2004. – С. 29.

Здобувачем досліджено вплив сполук ванадію, молібдену, нікелю та марганцю на газофазне окиснення графіту, який присутній в алмазографітовій шихті.

12. Гринь Г.И., Синицкая А.М., Козуб П.А. Изучение кинетики окисления смеси алмазов с графитом в присутствии кислорода воздуха: зб. наукових праць Міжнар. наук.-практич. конференції [«Комплексне використання сировини, енерго- та ресурсозберігаючі технології у виробництві неорганічних речовин»], (Черкаси, 27 – 29 травня 2004 р) / Наук.
    редактор проф. Г.С. Столяренко – Черкаси, 2004. – С. 292

Здобувачем досліджено термічні властивості алмазографітової суміші та вплив технологічних параметрів на процес її окиснення.

13. Козуб П.А., Синицкая А.М., Гринь Г.И., Ковальчук О.А. Анализ и пути уменьшения экологической опасности технологии производства синтетических алмазов: сб. научных трудов XII междунар. науч.-технич. конференции [«Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов»], (Бердянск, 7-11 июня 2004 г.) / Под ред. С.В. Разметаева, В.Ф. Костенко – Бердянск; Харьков, 2004. – С. 626 – 629, ІІІ.

Здобувачем проведено аналіз найбільш екологічно небезпечних ділянок існуючого виробництва та запропоновано шляхи їх усунення.

14. Козуб П.А., Гринь Г.И., Синицкая А.М. Изучение механизма влияния оксида ванадия (V) на процесс окисления графита: тези доповідей II Міжнар. наук.-техніч. конференції студентів і аспірантів та молодих вчених [«Хімія і сучасні технології»], (Дніпропетровськ, 26 – 28 квітня 2005 г.) – Дніпропетровськ, – 2005. – С.69.

Здобувачем проведено термогравіметричні дослідження процесу окиснення графіту в присутності оксиду ванадію та показано, що V₂O₅ переходить у рідкий стан.

15. Козуб П.А., Синицкая А.М., Гринь Г.И. Опытно-промышленные исследования технологии газофазного окисления графита: тези доповідей ІІІ Укр. наук.-техніч. конференція з технології неорганічних речовин [«Сучасні проблеми технології неорганічних речовин»], (Дніпропетровськ, 20-22 вересня 2006 р.) – Дніпропетровськ: УДХТУ, 2006. – С. 350.

Здобувачем проведено порівняльний аналіз печей та обґрунтовано вибір конструкції печі з послідовно-паралельним рухом повітря та променевим нагрівом шару алмазографітової суміші.